Что такое полет. Аэродинамика

Воздух — это газ, в который, как в воду, можно погружать твердые тела. Наша Земля окружена слоем воздуха — атмосферой. Воздух обволакивает все предметы и взаимодействует с ними, оказывая давление со всех сторон. Однако воздух невидим, и мы не можем непосредственно наблюдать за его действием. Как же мы узнаем, что он существует?

Мы наблюдаем эффект его воздействия на предметы. Как и все газы и жидкости, воздух легко приводится в движение. Когда он движется, мы называем это явление ветром. Мы видим, как ветер шевелит листья и колышет деревья, порой даже вырывает их с корнем. Мы чувствуем ветер на своем лице, особенно когда быстро бежим.

Когда твердое тело взаимодействует с движущимся газом или жидкостью, в действие вступают несколько природных сил. Жидкость огибает тела, бурлит и кружится около них — посмотрите, какие водовороты и завихрения образуются вокруг большого камня в ручье. Точно так же взаимодействует с твердым телом и воздух.

Аэродинамика — это наука, изучающая действие воздуха на различные тела. Начало ей положил швейцарский ученый Даниил Бернулли, живший в XVIII веке. Он заметил, что чем больше скорость течения жидкости, обтекающей тело, тем меньше оказываемое ею давление. Ученый опубликовал свое открытие в 1738 г. в научной статье под названием "Гидродинамика'', и теперь мы называем данную закономерность "принципом Бернулли".

Зажмите большим и указательным пальцами половинку листа бумаги, взявшись за более узкий край, чтобы листок провис над вашей рукой. Теперь дуньте вдоль большого пальца и поверхности бумаги. В какую сторону движется лист? Если вы дуете правильно, он должен приподняться. Это происходит потому, что давление вниз движущегося воздуха стало меньше, чем давление вверх воздуха, находящегося под бумагой. Это и есть принцип Бернулли.

Почему бумага провисает за вашей рукой? Это происходит потому, что сила тяжести тянет свободный край листа вниз

Сила сопротивления. Все тела состоят из мельчайших частиц, называемых молекулами. Молекулы газов и жидкостей расположены дальше друг от друга, чем молекулы твердых тел. И их можно раздвигать еще шире.

Когда мы плаваем, мы руками раздвигаем молекулы воды в стороны. Точно так же птица раздвигает молекулы воздуха, когда летит. Но молекулы все-таки сопротивляются нашему движению. Они не уходят сами с нашего пути — их приходится расталкивать. И чем быстрее вы хотите двигаться, тем больше они будут сопротивляться и тем сильнее их нужно толкать. Вот почему мы чувствуем ветер, когда бежим.

С увеличением скорости усиливается сопротивление воздуха. Вот почему трудно бежать против сильного ветра и вот почему можно больно удариться, шлепаясь животом о воду. Когда молекулы жидкости или газа движутся очень быстро (например, сильная струя воды из шланга или ураганный ветер), они могут сбить человека с ног. Поэтому в полете очень важно учитывать силу сопротивления молекул воздуха.

Сила тяги. Это сила, которая толкает птицу или самолет вперед, преодолевая силу сопротивления воздуха. В парящем полете подъемная сила крыльев уравновешивает силу тяготения, не давая птице или летающему аппарату упасть вниз. В то время как создаваемая крыльями подъемная сила толкает птицу или самолет вверх, сила тяжести тянет их вперед и вниз. Таким образом сила тяготения создает тягу. Птица или самолет под действием силы тяжести скользят по невидимому слою воздуха, описывая плавную нисходящую дугу (глиссаду), подобно тому как санки съезжают по снежному склону холма. Они могут, конечно, набирать высоту и с помощью крыльев (птицы) или винтов (самолеты, только, разумеется, не планеры). Взмахи крыльями и вращающийся пропеллер создают дополнительную тягу, толкающую птицу и самолет вперед.

Как же работает винт? Винт самолета — это, фактически, небольшая несущая поверхность, прикрепленная к втулке, вокруг которой она крутится. Принцип действия винта аналогичен принципу действия крыла: вращаясь, это маленькое “крыло" разрезает воздух на два слоя с разным давлением, создавая таким образом подъемную силу. Однако лопасти вертятся не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости, и потому "подъемная" сила направлена не вверх, как у крыльев, а вперед. Она-то и тянет самолет, преодолевая сопротивление.

Лопасти винта — это маленькие “крылья”. Подъемная сила, которую они создают, вращаясь, направлена не вверх, а вперед. Это порождает тягу, движущую самолет

Итак, существуют два рода тяги: одна обеспечивается силой тяжести в парящем полете, а другая — вращением пропеллера или взмахами крыльев. Оба типа тяги применяются летчиками и птицами по необходимости в разные моменты полета.

В полете вышеназванные четыре силы гармонично сотрудничают, образуя, фактически, две пары: подъемная сила уравновешивает силу тяжести, а сила тяги — силу сопротивления воздуха. Идеальный баланс этих четырех сил обеспечивает равномерный полет.